Betonarme kolon-kiriş birleşimlerinin sismik davranışlarının incelenmesi, yeni nesil çimento esaslı çelik lifli kompozitlerin histeretik davranışlarının araştırılması, birleşimlerin bu kompozitlerle iyileştirilmesive davranışlarının modellenmesi üzerine olan bu deneysel çalışma toplam beş bölüm ve eklerden oluşmaktadır.
İlk bölümde kolon-kiriş birleşimlerinin genel davranışı hakkında özet bilgi, tez çalışmasının amaçları ve kapsamı sunulmuş ayrıca sismik yüklere göre tasarlanmamış veya imal edilmemiş kolon-kiriş birleşimlerinin performansları ve bu tip birleşimlerin iyileştirilmesi-güçlendirilmesi üzerine yürütülen önceki deneysel ve analitik çalışmaların sonuçları özetlenmiştir.
İkinci bölümde, tez kapsamında önerilen birleşim iyileştirmesi çalışmalarında kullanılacak çimento esaslı çelik lifli kompozitlerin performanslarının araştırılması amacıyla yürütülen deneysel çalışmanın detayları ve sonuçları sunulmuştur. Bu bölümde ayrıca kompoziti oluşturan bileşenlerin özellikleri, test edilen kompozit numunelerin özellikleri ve numunelerin oluşturulma aşamaları hakkında bilgi verilmiş, deneysel gözlemlere yer verilmiştir.
Üçüncü bölümde, birleşim kesme dayanımı yetersiz 2/3 ölçekli eski tip kolon- kiriş birleşim numunelerinin çimento esaslı çelik lifli kompozitler ile iyileştirilmesi üzerine yürütülen deneysel çalışmanın detayları ve sonuçları sunulmuştur. Birleşim numunelerinin malzeme ve donatı detayları, numunelerin iyileştirilme şekilleri, deney yöntemi, ölçüm sistemi ve deney gözlemleri de yine bu bölümde açıklanmıştır.
Dördüncü bölümde, tez kapsamında kullanılan ve kolon-kiriş birleşimlerinin sayısal modellerinin üretildiği OpenSees yazılımının genel özellikleri ve modelleme tekniği anlatılmıştır. Sayısal model çalışmaları bir adet yalın olarak bir adet de önerilen yöntemle iyileştirilmiş ve test edilen kesme dayanımı yetersiz pilot birleşim numunelerinin modellenmesini kapsamaktadır. Deney sonuçları ile kalibre edilmiş
sayısal model sonuçlarının ve deneysel verinin karşılaştırmalı grafikleri ve yorumları yine bu bölümde yer almaktadır.
Beşinci bölümde tez kapsamında ulaşılan sonuçlara ve bu alanda ileriki dönemlerde yürütülecek araştırmalar için tavsiyelere yer verilmiştir.
EK A’da, birleşim numunelerinin deneyleri sırasında çekilen hasar fotoğrafları, her bir birleşim numunesinin farklı açılardan histeretik performansını tanımlayan grafikler ve test numunelerine uygulanan yerdeğiştirme kontrollü yüklemenin hedef ötelenme değerlerinde hesaplanan histeretik performans göstergelerinin tablolarına yer verilmiştir.
EK B’de, numunelere uygulanan tepe ötelenmelerine, numuneyi oluşturan kolon, kiriş ve birleşimin şekil değiştirmelerinin katkı oranlarının hesabı için çıkarılan analitik ifadelere yer verilmiştir. EK C’de birleşim numunelerinin hazırlık safhaları ve EK D’de birleşim deneylerinin gerçekleştirilmesi için hazırlanan deney ortamına ilişkin bilgiler verilmiştir. Son olarak, hazırlanan birleşim numunelerinin tasarımına yönelik hesaplar EK E’de sunulmuştur.
21 2 BÖLÜM İKİ
2.1 Giriş
Sismik performansı yetersiz kolon kiriş birleşimi numunelerinin iyileştirilmesi amacıyla kullanılacak kompozitin malzeme özellikleri, boyutu ve uygulanmasına yönelik detaylar incelendiğinde, kompozitin çelik lif dozajı, matris dayanımı, kalınlığı, bu kompozitlerin birleşim numunelerine ankrajlanma yeri ve sayısı olarak çok sayıda değişkenin dikkate alınması gerektiği görülmektedir. Bu sebeple birleşim testleri öncesinde ve bu deneylerden bağımsız olarak SIFCON kompozitlerinden oluşturulan köşe bloklar üzerine bir dizi test gerçekleştirilmiş ve ana değişkenler belirlenmeye çalışılmıştır.
Lifli kompozitlerin tasarlanmasına ilişkin literatürde yer alan çalışmalarda, yüksek matris dayanımı-düşük lif oranı ve düşük matris dayanımı-yüksek lif oranı gibi seçeneklerin performansları araştırılmaktadır. Ayrıca iyileştirilecek yapısal elemanlarla davranış açısından uyumlu olması için de kompozitin et kalınlığı önemli bir değişkendir. Ankraj yeri ve sayısı, kompozitin yapısal elemanla beraber çalışması açısından önemlidir. İyileştirilen bir numunenin yatay yükler altında elastik ötesi şekil değiştirmeleri sırasında hasarın ankrajlarda gerçekleşmesi, davranışı gevrek bir hale getireceğinden istenmeyen bir hasar modudur. Bu sebeple ankraj yeri ve sayısı, kompozitler ile kolon-kiriş elemanların birbirinden ayrılmasını önleyecek şekilde seçilmiştir.
Bu kapsamda öncelikle kompoziti oluşturan bileşenlerin ve ankraj malzemesinin özellikleri incelenmiş ardından köşe bloklar üzerine yürütülen deneylerin değerlendirilmesi yapılmıştır. Test sonuçları, genel davranış, enerji tüketimi vb. değerlendirme ölçütlerine göre incelenmiş ve performanslı malzeme-ankraj ikilisi birleşim testlerinde kullanılmak üzere seçilmiştir.
2.2 Malzeme Özellikleri
2.2.1 Çelik Lif
Çalışmada uçları kancalı soğuk çekme ile üretilen yüksek mukavemetli çelik lifler kullanılmıştır. Kullanılan çelik lif, 60 mm uzunluğunda, narinliği 80 olan RC-80/60- BN ticari kodlu, çekme dayanımı minimum 1050 N/mm2 olarak belirtilen çelik liftir. Lif örnekleri Şekil 2.1 ’de görülmektedir.
Şekil 2.1 Kullanılan çelik lifin görünümü.
2.2.2 SIFCON Matrisi
Çalışma kapsamında yapısal iyileştirme amacıyla üretilecek SIFCON (çimento şerbeti emdirilmiş lifli beton) kompozitlerinde, yüksek ve düşük matris dayanımlarını temsilen 25 MPa ve 50 MPa basınç dayanımlı karışımların kullanılması benimsenmiştir. Ayrıca hazırlanan karışımların taze hal özelliklerinin, karışımın kalıba kolayca yerleştirilmesini sağlayacak minimum değerleri sağlaması gerekmektedir. Karışımların taze hal özellikleri, çökme–yayılma deneyi ve mini V kutusu deneyleri ile EFNARC (2002) standardındaki tanımlara uygun olarak belirlenmiştir. Bu işlemlerde kullanılan yayılma konisi ve mini V kutusunun boyutları Şekil 2.2’de görülmektedir. Ayrıca karışımlardan alınan 4 cm küp örneklerinin basınç dayanımları bulunmuştur. Hedeflenen özelliklere ulaşmak için bir dizi karışım hazırlanmış ve taze karışım özellikleri amaca yönelik olarak
geliştirilmiştir. Tablo 2.1’de, SIFCON blok üretimi için belirlenen iki farklı matrisin sonuç karışım oranları verilmiştir.
(a) (b)
Şekil 2.2 Taze karışım deneylerinde kullanılan (a) yayılma konisi, (b) mini V kutusu.
Tablo 2.1 Üretilen SIFCON blok numunelerinde kullanılan bağlayıcı harçtaki gerçek karışım oranları. Bileşenler [kg/m3] A B Çimento 498 597 Su 317 279 0-0,125 Taş tozu 450 438 0-1 Kırma taş 860 875 Kimyasal katkı * 8,0 13,9 Tasarım parametreleri S/Ç [%] 63,7 46,7 Katkı Yüzdesi [%] *** 1,61 2,33
Taze karışım özellikleri
Vkutusu [s] 3,0 3,0
Yayılma [cm] 34,0 34,0
15 dakika sonra yayılma [cm] 32,5 33,0
Numunelerin iki günlük basınç dayanımı
fc [MPa] 25,4 51,5
*
BASF Glenium ACE 30
**
Akışkanlaştırıcı içerisindeki su ilave edilmiş
***
Çimento ağırlığına göre
Çalışmada kullanılan çimento normal Portland çimentosu CEM I-42,5-R’dir. Çalışmada agrega olarak taş tozu (0-0,125mm) ve kırma kum (0-1mm)
kullanılmıştır. Bu malzemeler kireçtaşı kökenli yerel malzemelerdir. Çimentonun kuru yoğunluğu 3,1, taş tozu ve kırma kumun kuru yoğunlukları ise 2.67 olarak belirlenmiştir. Kırma kumun kuru yüzey doygun yoğunluğu 2,73, ağırlıkça su emme oranı % 2,35, 0,125 mm’lik elekten geçen malzeme miktarı % 82,8 olarak belirlenmiştir. Taş tozunun 0,063 mm’lik elekten geçen malzeme miktarı % 87,2’dir. Karışım granülometrisi Şekil 2.3’de sunulmuştur. Çalışmada içme suyu niteliğinde su kullanılmıştır. Karışım oranları Tablo 2.1’de verilen serilerde katkı olarak modifiye polikarboksilat esaslı BASF®Glenium®ACE30 yeni nesil hiperakışkanlaştırıcı kullanılmıştır. Karışımların dökümleri ve deneyleri DEÜ. İnşaat Mühendisliği. Bölümü. Yapı Malzemesi Laboratuarı’nda gerçekleştirilmiştir.
Şekil 2.3 Karışım granülometrisi ve referans eğrileri.
Matris karışımları 1 dm3 kapasiteli düşey eksenli bir mikserde (Şekil 2.4) yapılmıştır. Miksere önce agregalar ve çimento konarak 2 dakika kuru karışım uygulanmış, suyun %70’i ilave edilerek 3 dakika karıştırılmış ve suyun geri kalanı ve katkının eklenmesinin ardından tüm karışım 2 dakika daha karıştırılmıştır. Taze karışım deneyleri 15 dakika içerisinde tamamlanmıştır.
0 0,25 0,5 1 0 20 40 60 80 100 Elek açıklığı [mm] % G e ç e n
(a) (b)
Şekil 2.4 (a) Tartım işlemleri, (b) Karışımların gerçekleştirildiği düşey eksenli mikser.
Karışımlardan alınan 4 cm’lik küp numuneler büzülmeyi önlemek için yaklaşık 5 saat oda sıcaklığında nemli kabinde bekletilmiştir. Ardından buhar kürü uygulanan karışımların numuneleri, priz süresinin sonlarına doğru yaklaşık 15 °C/saat ısıtma hızı ile kür kabininde ısıtma işlemine alınmıştır. 80°C hedef sıcaklığa ulaşıldıktan sonra sabit sıcaklık altında küre devam edilmiş, 8 saatlik işlem süresi sonunda kür kabininin kapakları yarım açılarak yaklaşık 2 saat sonunda numunelerin ortam sıcaklığına ulaşması sağlanmıştır.
(a) (b)
Taze karışım deneyleri sırasında başlangıçta 34 cm yayılma ve 3,5 saniyeden küçük mini V kutusu deney süresi ile 15. dakikada yaklaşık 32 cm yayılma hedeflenmiştir (Şekil 2.5.a). Küp numunelerin kür sonrası 2 günlük basınç dayanımları için 25 MPa ve 50 MPa değerleri hedeflenmiş ve her döküm sonrası numunelerin basınç dayanımları kontrol edilmiştir (Şekil 2.5.b).
2.2.3 Ankraj Çubuğu
SIFCON blokların, mekanik deneyler öncesinde betonarme yastığa ve kolon-kiriş birleşim numunelerine ankrajı için ankraj çubuğu olarak 12 mm çaplı hazır tijler kullanılmıştır. Kullanılan ankraj çubuklarından alınan üç adet numunenin çekme testleri gerçekleştirilmiş ve çekme dayanımları ortalaması 490 MPa, kopma anındaki uzaması % 11,4 bulunmuştur.
2.2.4 Epoksi Malzemesi
SIFCON blokların, mekanik deneyler öncesinde betonarme yastığa ve kolon-kiriş birleşim numunelerine ankrajlanması sırasında kimyasal yapıştırıcı olarak yüksek mukavemetli epoksi esaslı çift komponentli SİKA AnchorFix-3 kullanılmıştır. ASTM D695-96’ya göre basınç dayanımı laboratuar sıcaklığında (yaklaşık 23°C) kür altında 1 gün sonunda 104 N/mm2 olarak beyan edilmiştir. Ürün katalogunda verilen çekerek çıkarma test sonucu Şekil 2.6’da verilmiştir.